塞韦罗·奥乔亚出生于西班牙的Luarca。他的父亲是一个律师和商人，在他7岁时逝世，他母亲带着他搬到了马拉加，他在那里一直呆到高中毕业。受1906年诺贝尔奖获得者圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔的影响，他对生物学很有兴趣。1923年，他进入马德里大学医学院，希望能与卡哈尔一起工作，但是卡哈尔退休了。1929年，他以优秀成绩获得了硕士学位。1931年他与卡曼·加西亚·科维安（Carmen Garcia Cobian）结婚，他们没有孩子。

1938年之前，他在很多地方与不同的人共事。比如奥托·迈尔霍夫将他任命为位于海德堡的马克思·普朗克医学研究所（Max Planck Institute for Medical Research）研究助理，他在那里工作了一年。1938年到1941年期间，他是牛津大学的研究助理。之后他到了美国，再度在很多大学担任不同的工作。 1942年，他在纽约大学医学院得到了研究的职位，并于1945年成为生物化学助理教授，1946年成为药理学教授，1954年成为生物化学教授，之后成为生物化学系主任。